Исследование структуры и свойств аминосодержащих олигомеров для очистки углеводородных газов

АННОТАЦИЯ

Аминосодержащие олигомерные соединения для очистки углеводородных газов принципиально важны для решения научно-технических задач при эксплуатации, проектировании и реконструкции промысловых установок аминовой очистки природного газа. B статье рассматриваются результаты измерения вязкости синтезированного аминосодержащего олигомера. Изучены состав и структура полученного олигомера, установленные методом ИК-спектроскопии и ЯМР.

ABSTRACT

Amino-containing oligomeric compounds for the purification of hydrocarbon gases, fundamentally important for solving scientific and technical problems in the operation, design and reconstruction of field installations for amine purification of natural gas. The article discusses the results of measuring the viscosity of a synthesized amine containing oligomer. The composition and structure of the obtained oligomer, established by IR spectroscopy and NMR, was studied.

Ключевые слова: аминосодержащие олигомерные соединения, физико-химические свойства алканоламиновых растворителей, Фурье-спектрометр Brukеr Avancе 400.

Keywords: amino-containing oligomeric compounds; physicochemical properties of alkanolamine solvents; Brukеr Avancе 400 Fourier transform spectrometer.

Введение. Одна из особенностей развития энергоресурсов в современном мире заключается в том, что они состоят из природного газа. Природный газ остается самым быстрорастущим компонентом мирового потребления энергии. При низком и среднем парциальном давлении кислых газов поглощающая способность органического вещества увеличивается относительно сероводорода и углекислого газа. [1; 2].

Разработан новый способ получения аминосодержащих олигомерных соединений для очистки газов от сероводорода. Аминосодержащие олигомеры были получены путем взаимодействия аддукта циануровой кислоты с монохлоргидрином.

Экспериментальная часть. В работе были изучены влияние температуры, длительности проведения реакции, эффекта катализатора и соотношения первичных компонентов на олигомер SS-120. Исследованы вязкостные характеристики, 1Н ЯМР, 13С ЯМР и ИК спектры полученных олигомеров.

Результаты и их обсуждение. В данной работе показано получение аминокислотных олигомерных соединений, основанных на взаимодействии моноэтаноламина, аддукта циануровой кислоты (смесь фосфорной кислоты и циануровой кислоты) и монохлоргидрина в массовом соотношении реагентов указанных реагентов. На рисунке 1 показана зависимость выхода аминосодержащего олигомера марки SS-120 от соотношения исходных веществ и времени.

Высокий выход продукта получен при соотношении исходных материалов 3:1:2, когда продолжительность синтеза составляла 3 часа при температуре 150^оС.

1). 3:1:2; 2). 3:2:2; 3). 2:2:2; 4). 1:1:3

Рисунок 1. Зависимость выхода аминосодержащего олигомера марки

SS-120 от соотношения исходных веществ и от времени. Температура 150^оС

Рисунок 2. Влияние катализатора на производительность реакции

при 150ºС. 1. Алюминий хлорид. 2. Ионная жидкость. 3. Оксид магния

Синтез аминосодержащего олигомерного соединения марки SS-120 при температуре 150^оС в течение 3 часов проводили с различными катализаторами. Изучали производительность реакции. Высокоэффективным получился выход реакции при использовании в качестве катализатора ионной жидкости (рис. 2).

Вязкостные свойства для потока растворенных олигомерных образцов важны при выборе концентрированных растворов и особенно при обработке параметров олигомера.

Для определения вязкости растворов аминосодержащих олигомерных соединений был использован капиллярный вискозиметр Уббелоде. В соответствии с данными таблицы 1 построена диаграмма (рис. 3) зависимости η_уд/С или In η_отн/С растворов олигомера от концентрации аминосодержащего олигомера. По диаграмме можно определить характеристическую вязкость аминокислотного олигомерного соединения.

Таблица 1.

Измерение вязкости разбавленных растворов аминосодержащего олигомера

Рисунок 3. Зависимость η_уд/С или In η_отн/С от концентрации аминосодержащего олигомера

Рисунок 4. ИК-спектр аминосодержащего олигомера SS-120

Выяснение аминосодержащих олигомерных соединений SS-120 на основе спектральных данных ИК и ЯМР с целью обоснования структуры соединения. Основываясь на ИК-спектре что соединение показало полосы поглощения в диапазоне от N-H валентность 3272 см-1 высока в ИК-спектре, Метил в области 2966-2931см^-1 (-СН₃), Полосы, образованные асимметричными и симметричными колебаниями клапанов метиленовых (-СН₂) групп, 1188-см^-1 и 1305-1239-см^-1 -Р=О валент интенсив, 1061-см^-1 -Р-О-C- валент интенсив. Полосы поглощения в областях 800 и 1600см^-1 подтверждают наличие –NH₂ групп. Кроме того, на ИК-спектре в областях 800см^-1 и 1460см^-1 появляются узкие малоинтенсивные полосы, содержащие связи металла.

ЯМР-спектры веществ 1Н и 13С получены на Фурье-спектрометре «Brukеr Avancе 400» с рабочей частотой 400 МГц.

В ЯМР-спектрах аминосодержащего олигомера SS-120 наблюдались следующие сигналы: В спектрах что δ 3,557 ррm (N-H Группа Амина, присоединенная с ингибиторов). Приведенные выше данные могут быть обобщены: 1H-ЯМР: δ 4.0 (s, NH₂), δ 1.20-2.0 (m, CH₂), δ 1.19-1.33, 0.8 (t, CH₃); 13C ЯМР 12.91, 13.64 (CH₃), 22.38, 22.67 (CH₂), 40.51, 40.61 (N-CH₂), 29.24 (CH₂-C). По спектру ЯМР 1Н и ПМР С13 данные дают конформацию образования длинноцепочечного алкана, аминогруппы.

Рисунок 5. 1H-ЯМР-спектр аминосодержащего олигомера SS-120

 Рисунок 6. 13C ЯМР-спектр аминосодержащего олигомера SS-120

Полученное аминосодержащее олигомерное соединение марки SS-120 имеет хорошую растворимость в органических растворителях (табл. 2).

Таблица 2.

Растворимость синтезированного аминосодержащего олигомера

Примечание 1. + + + - растворимое вещество; 2. − − − - нерастворимое вещество; 3.+ − − - малорастворимое вещество.

Заключение. Таким образом, по результатам лабораторных испытаний было доказано, что олигомер может быть использован для очистки газов от сероводорода.

Список литературы:
1. Елистратов А.В. Результаты экспериментального изучения термостойкости гликолей на опытной установке // Сб. науч. тр. «Вопросы эксплуатации северных газовых и газоконденсатных месторождений». – М.: ВНИИГАЗ, 2001. – С. 58-69.
2. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России / А.И. Гриценко, В.А. Истомин, А.Н. Кульков и др. – М.: Недра, 1999. – 473 с.